JPH01239602A - プロセス制御装置 - Google Patents
プロセス制御装置Info
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- JPH01239602A JPH01239602A JP6652488A JP6652488A JPH01239602A JP H01239602 A JPH01239602 A JP H01239602A JP 6652488 A JP6652488 A JP 6652488A JP 6652488 A JP6652488 A JP 6652488A JP H01239602 A JPH01239602 A JP H01239602A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明゛はフィードバック制御系とフィードフォワード
制御系とを組合わせて成るプロセス制御装置に係り、特
に混合プロセス制御系に適用されるプロセス制御装置の
改良に関する。
制御系とを組合わせて成るプロセス制御装置に係り、特
に混合プロセス制御系に適用されるプロセス制御装置の
改良に関する。
（従来の技術）
従来から、熱量を混合する温度制御系や物質を混合する
成分制御系等の混合プロセス制御系に適用されるプロセ
ス制御装置としては、フィードバック制御系とフィード
フォワード制御系とを組占わせたプロセス制御装置が開
発されてきている。
成分制御系等の混合プロセス制御系に適用されるプロセ
ス制御装置としては、フィードバック制御系とフィード
フォワード制御系とを組占わせたプロセス制御装置が開
発されてきている。
第３図は、熱量を混合する混合プロセスの代表例である
、熱交換器出口温度を制御する場合のプロセス制御装置
の構成例を示す図である。第３図において、熱交換器１
には、原料ラインＬ１を通して温度Ｔｉ（℃）、流ｆｉ
ｌｋＦｉ（ｍ３）の原料を供給し、これに蒸気ラインＬ
２を通して加熱媒体として蒸気を供給し、原料の温度を
入口原料温度ＴＩから出口原料温度Ｔｏに上昇させる。
、熱交換器出口温度を制御する場合のプロセス制御装置
の構成例を示す図である。第３図において、熱交換器１
には、原料ラインＬ１を通して温度Ｔｉ（℃）、流ｆｉ
ｌｋＦｉ（ｍ３）の原料を供給し、これに蒸気ラインＬ
２を通して加熱媒体として蒸気を供給し、原料の温度を
入口原料温度ＴＩから出口原料温度Ｔｏに上昇させる。
ここで用いる各種プロセス値の諸元を第４図に示し、こ
れらを用いて制御式を求める。
れらを用いて制御式を求める。
すなわち、まず原料流ｆｉ Ｆ Ｉを入口原料温度Ｔｉ
から目標温度Ｔｓに加熱するのに必要な熱交換器１への
人熱量ＱＤは、 Ｑｏ−原料流量×比重Ｘ比熱×温度差／熱交換効率 −ρ Ｘｃｉ ／ η ＸＦｉ（Ｔｓ −Ｔｉ
＋Ｔｃ）＝ｆＸＦｉ （ＭＡＸ） Ｘ ρ Ｘ
Ｃｊ ／７７ｘＦｉ （Ｔｓ −ＴＩ ＋Ｔ
ｃ ） −（１）にて表わされる。ここで、ρ
は原料比重、ＣＩは原料比熱、ηは熱交換効率である。
から目標温度Ｔｓに加熱するのに必要な熱交換器１への
人熱量ＱＤは、 Ｑｏ−原料流量×比重Ｘ比熱×温度差／熱交換効率 −ρ Ｘｃｉ ／ η ＸＦｉ（Ｔｓ −Ｔｉ
＋Ｔｃ）＝ｆＸＦｉ （ＭＡＸ） Ｘ ρ Ｘ
Ｃｊ ／７７ｘＦｉ （Ｔｓ −ＴＩ ＋Ｔ
ｃ ） −（１）にて表わされる。ここで、ρ
は原料比重、ＣＩは原料比熱、ηは熱交換効率である。
この（１）式のＴｃは、目標温度Ｔｓと出口原料温度Ｔ
ｏとの偏差に基づく操作量信号（以下、フィードバック
操作量信号と称する）であり、この大きさを調整してＴ
ｓ −Ｔｏ 、すなわち偏差か零となるように制御する
ことになる。
ｏとの偏差に基づく操作量信号（以下、フィードバック
操作量信号と称する）であり、この大きさを調整してＴ
ｓ −Ｔｏ 、すなわち偏差か零となるように制御する
ことになる。
次に、蒸気流ｍ Ｆ ｓから得られる熱交換入熱量Ｑｉ
は、 Ｑｉ −ＦｓｓｘＨｓ −ｆｓｓＸＦｓ（ＭＡ Ｘ ）
ＸＨｓ・・・（２） となる。ここで、Ｈｓは蒸気潜熱を表わし、熱収支によ
りＱｉ −Ｑｏから、 ｆｓｓＸＦｓ（，４Ａ Ｘ ） ＸＨｓ ＝
ｆ ＸＦｉ（Ｍ Ａ Ｘ ）×ρ×Ｃ１／ηｘ
ＦＩ（Ｔｓ −Ｔ１ ＋Ｔｃ ）・・・ （３） が成立する。
は、 Ｑｉ −ＦｓｓｘＨｓ −ｆｓｓＸＦｓ（ＭＡ Ｘ ）
ＸＨｓ・・・（２） となる。ここで、Ｈｓは蒸気潜熱を表わし、熱収支によ
りＱｉ −Ｑｏから、 ｆｓｓＸＦｓ（，４Ａ Ｘ ） ＸＨｓ ＝
ｆ ＸＦｉ（Ｍ Ａ Ｘ ）×ρ×Ｃ１／ηｘ
ＦＩ（Ｔｓ −Ｔ１ ＋Ｔｃ ）・・・ （３） が成立する。
Ｋｓ ＝ ｆ ｓｓ／ ｆ
−（ρＸｃｉ／ηＸＨｓ ＸＦｉ（ＭＡｘ）／ ＦＳ（
Ｍ Ａ Ｘ ）ＩＸ （Ｔｓ−Ｔｉ＋Ｔｅ ）・・・（
４） となる。この（４）式の（）内の部分は、原料流量に対
する単位温度当りの係数である。ここで、（４）式のＴ
ｓ、Ｔｉ 、Ｔｃをノルマライズすると、 Ｋｓ ＝ ｆρＸｃｉ／ηＸＨｓ ＸＦｉ（ＭＡ Ｘ
）／ＦＳ（Ｍ Ａ Ｘ ） ＸＴＯ（Ｍ Ａ Ｘ ）ｌ
ｘ［：１ｔｓＸＴｏ（ｈ＋ Ａ Ｘ ） ｔ ＸＴＯ
（Ｍ Ａ Ｘ ） ＋ｔｃｘ Ｔｏ（Ｍ Ａ Ｘ
）ｌ／ Ｔｏ（Ｍ Ａ Ｘ ）コー（ｐ
ｘ Ｃ１／ηＸＨｓ ｘ Ｆ ｉｌ＋ Ａ Ｘ ）
／ＦＳ（Ｍ Ａ Ｘ ）ＸＴＯ（Ｍ Ａ Ｘ ）ＩＸ
（Ｔｓ −Ｔｉ ＋Ｔｃ ）・・・（５） となる。ここで、 Ｋ−（ρ×Ｃ１／η ＸＨｓ ＸＦｉ（Ｍ Ａ ｘ ）
／ＦＳ（Ｍ Ａ Ｘ ） ＸＴＯ（Ｍ Ａ
Ｘ ）ｌ −（６）とおくと、Ｋは定数とな
り、 Ｋｓ −Ｋｘ （Ｔｓ −ＴＩ ＋Ｔｃ ） −（
７）となる。ここで、Ｋｓ−ｆｓｓ／ｆの関係から、ｆ
ｓｓは ｆｓｓ−Ｋｘ ｆ ｘ （Ｔｓ −ＴＩ ＋Ｔｃ ）−
ＫＸｆＸ （ｔｓ−Ｂ ＋ＫＸｆＸｔｅ・・・（８） となる。ここで、ＫＸ （ｔｓ−ｔ）ｘｆがフィードフ
ォワード制御出力成分（フィードフォワード操作量）ｆ
ｐｐＳＫｘｆｘｔｃがフィードバック制御出力成分（フ
ィードバック操作ｆｆ１）ｆｐＢを表わしている。この
（８）式を、位置形演算と速度形演算とで巧みに組合わ
せてプロセス制御装置を構成すると、第３図のようにな
る。
Ｍ Ａ Ｘ ）ＩＸ （Ｔｓ−Ｔｉ＋Ｔｅ ）・・・（
４） となる。この（４）式の（）内の部分は、原料流量に対
する単位温度当りの係数である。ここで、（４）式のＴ
ｓ、Ｔｉ 、Ｔｃをノルマライズすると、 Ｋｓ ＝ ｆρＸｃｉ／ηＸＨｓ ＸＦｉ（ＭＡ Ｘ
）／ＦＳ（Ｍ Ａ Ｘ ） ＸＴＯ（Ｍ Ａ Ｘ ）ｌ
ｘ［：１ｔｓＸＴｏ（ｈ＋ Ａ Ｘ ） ｔ ＸＴＯ
（Ｍ Ａ Ｘ ） ＋ｔｃｘ Ｔｏ（Ｍ Ａ Ｘ
）ｌ／ Ｔｏ（Ｍ Ａ Ｘ ）コー（ｐ
ｘ Ｃ１／ηＸＨｓ ｘ Ｆ ｉｌ＋ Ａ Ｘ ）
／ＦＳ（Ｍ Ａ Ｘ ）ＸＴＯ（Ｍ Ａ Ｘ ）ＩＸ
（Ｔｓ −Ｔｉ ＋Ｔｃ ）・・・（５） となる。ここで、 Ｋ−（ρ×Ｃ１／η ＸＨｓ ＸＦｉ（Ｍ Ａ ｘ ）
／ＦＳ（Ｍ Ａ Ｘ ） ＸＴＯ（Ｍ Ａ
Ｘ ）ｌ −（６）とおくと、Ｋは定数とな
り、 Ｋｓ −Ｋｘ （Ｔｓ −ＴＩ ＋Ｔｃ ） −（
７）となる。ここで、Ｋｓ−ｆｓｓ／ｆの関係から、ｆ
ｓｓは ｆｓｓ−Ｋｘ ｆ ｘ （Ｔｓ −ＴＩ ＋Ｔｃ ）−
ＫＸｆＸ （ｔｓ−Ｂ ＋ＫＸｆＸｔｅ・・・（８） となる。ここで、ＫＸ （ｔｓ−ｔ）ｘｆがフィードフ
ォワード制御出力成分（フィードフォワード操作量）ｆ
ｐｐＳＫｘｆｘｔｃがフィードバック制御出力成分（フ
ィードバック操作ｆｆ１）ｆｐＢを表わしている。この
（８）式を、位置形演算と速度形演算とで巧みに組合わ
せてプロセス制御装置を構成すると、第３図のようにな
る。
すなわち、まずフィードバック制御系は、出口原料温度
Ｔｏを温度検出手段２で検出し、この温度に比例した信
号ｔｏを取出して速度形ＰＩＤ調節手段３に導入し、そ
の目標温度Ｔｓに比例した目標値信号ｔｓと比較して、
その偏差が零となるように速度形調節演算信号ΔＣｎを
出力し、さらにこれを乗算手段４に入力して係数にと原
料ｔ＆量ｆを乗じてフィードバック操作量信号とした後
、加算手段５を経由して速度形／位置形信号変換手段６
によって位置形信号に変換する。すなわち、位置形のフ
ィードバック操作量信号をｆＦＢとすると、 ｆ Ｆ ｏ −Ｋ ×ΣｆｎＸΔＣｎ −Ｋｘ ｆ Ｘ
ｔｃ・・・（９） となる。
Ｔｏを温度検出手段２で検出し、この温度に比例した信
号ｔｏを取出して速度形ＰＩＤ調節手段３に導入し、そ
の目標温度Ｔｓに比例した目標値信号ｔｓと比較して、
その偏差が零となるように速度形調節演算信号ΔＣｎを
出力し、さらにこれを乗算手段４に入力して係数にと原
料ｔ＆量ｆを乗じてフィードバック操作量信号とした後
、加算手段５を経由して速度形／位置形信号変換手段６
によって位置形信号に変換する。すなわち、位置形のフ
ィードバック操作量信号をｆＦＢとすると、 ｆ Ｆ ｏ −Ｋ ×ΣｆｎＸΔＣｎ −Ｋｘ ｆ Ｘ
ｔｃ・・・（９） となる。
一方、フィードフォワード制御系は、原料流口Ｆｉを流
量検出手段７で険出し、差圧式の場合には開平演算子段
８を通してこの原料流Ｑ Ｆ ｉに比例した信号ｆを得
、これを係数手段９に人力してｔ’ｆ＋ Ｙｉ、 Ｋを
乗じた後に乗算手段１０に導入する。また、人口原料温
度Ｔｉを温度検出手段１１で険出し、この温度に比例し
た信号ｔを取出して減算手段１２に導入し、これを目標
温度Ｔｓに比例した目標値信号ｔｓから減じてその偏差
（ｔｓ−ｔ）を得、これを乗算手段１０で乗じてＤｎ（
−Ｋｘｆｘ （ｔｓ−ｔ））を得る。さらに、これを位
置形／速度形信号変換手段１３で速度影信号ΔＤｎに変
換して、外乱の影響を補償するためのフィードフォワー
ド操作量信号とした後、この速度影信号ΔＤｎを加算手
段５を経由して速度形／位置形信号変換手段６に導入し
位置形信号に変換する。
量検出手段７で険出し、差圧式の場合には開平演算子段
８を通してこの原料流Ｑ Ｆ ｉに比例した信号ｆを得
、これを係数手段９に人力してｔ’ｆ＋ Ｙｉ、 Ｋを
乗じた後に乗算手段１０に導入する。また、人口原料温
度Ｔｉを温度検出手段１１で険出し、この温度に比例し
た信号ｔを取出して減算手段１２に導入し、これを目標
温度Ｔｓに比例した目標値信号ｔｓから減じてその偏差
（ｔｓ−ｔ）を得、これを乗算手段１０で乗じてＤｎ（
−Ｋｘｆｘ （ｔｓ−ｔ））を得る。さらに、これを位
置形／速度形信号変換手段１３で速度影信号ΔＤｎに変
換して、外乱の影響を補償するためのフィードフォワー
ド操作量信号とした後、この速度影信号ΔＤｎを加算手
段５を経由して速度形／位置形信号変換手段６に導入し
位置形信号に変換する。
すなわち、位置形のフィードフォワード操作量信号をｆ
ｐｐとすると、 ｆＦＦ−ΣΔＤｎ−Ｄｎ−ＫｘｆＸ（ｔｓ−ｔ）・・・
（１０） となる。
ｐｐとすると、 ｆＦＦ−ΣΔＤｎ−Ｄｎ−ＫｘｆＸ（ｔｓ−ｔ）・・・
（１０） となる。
すなわち、速度形／位置形信号変換手段６の出力信号ｆ
ＳＳは、（９）式と（１０）式の加算合成値 ｆｓｓｗｆｐｐ＋ｆ Ｆ （１＝ＫＸｆＸ （ｔｓ
−ｔ）十Ｋｘｆｘｔｃ ・ （１１）と
なり、上述の（８）式が実現されている。
ＳＳは、（９）式と（１０）式の加算合成値 ｆｓｓｗｆｐｐ＋ｆ Ｆ （１＝ＫＸｆＸ （ｔｓ
−ｔ）十Ｋｘｆｘｔｃ ・ （１１）と
なり、上述の（８）式が実現されている。
最終的な操作量信号であるこの速度形／位置形信号変換
手段６の出力信号ｆｓｓを蒸気流量コントローラ１４の
設定値とし、蒸気流量Ｆｓを流量検出手段１５で検出し
、差圧式の場合には開平演算子段１６を通してこの蒸気
流量Ｆｓに比例した信号ｆｓを得、これを蒸気流量コン
トローラ１４に導入して上記設定値ｆｓｓと一致するよ
うに調節演算を行なう。そして、この調節演算信号を蒸
気流量調節弁１７に与えて蒸気流量を増減することによ
り、出口原料温度Ｔｏが目標温度Ｔｓと一致するように
制御される。
手段６の出力信号ｆｓｓを蒸気流量コントローラ１４の
設定値とし、蒸気流量Ｆｓを流量検出手段１５で検出し
、差圧式の場合には開平演算子段１６を通してこの蒸気
流量Ｆｓに比例した信号ｆｓを得、これを蒸気流量コン
トローラ１４に導入して上記設定値ｆｓｓと一致するよ
うに調節演算を行なう。そして、この調節演算信号を蒸
気流量調節弁１７に与えて蒸気流量を増減することによ
り、出口原料温度Ｔｏが目標温度Ｔｓと一致するように
制御される。
ところで、上述したような混合プロセス用のプロセス制
御装置においては、外乱すなわち原料流ｆｆ１Ｆ＋や入
口原料温度Ｔｉの変化に対しては良好な制御性を示すが
、目標値変化に対しては（１）速度形ＰＩＤ調節手段３
からのフィードバック操作量信号中の目標値変化による
成分と、（２）乗算手段１０からのフィードフォワード
ト■作量信号中の目標面変化による成分とが重畳するこ
とにより、等価的に制御系のゲインが２倍と大きくなっ
てしまう。その結果、 （ａ）外乱抑制特性が最適となるように速度形ＰＩＤ調
節手段３のＰＩＤパラメータを調整すると、目標値追随
特性がオーバーシュートする（ｂ）目標値追随特性が最
適となるように速度形ＰＩＤ：ＪｙＪ節手段３のＰｒＤ
パラメータを調整すると、外乱抑制特性が甘くなり非常
に劣化する（Ｃ）従って、実際の場合にはＰＩＤパラメ
ータの調整が困難であり、また外乱抑制特性と］」標値
追随特性との双方を同時に最適にすることができない という、非常に致命的な問題がある。特に、今後のブラ
ント運転はフレキシブル化、最適化に移行しつつあり、
これに対応するためにはどうしても、外乱抑制特性と目
標値追随特性とを同時に最適にすることが必要不可欠で
ある。
御装置においては、外乱すなわち原料流ｆｆ１Ｆ＋や入
口原料温度Ｔｉの変化に対しては良好な制御性を示すが
、目標値変化に対しては（１）速度形ＰＩＤ調節手段３
からのフィードバック操作量信号中の目標値変化による
成分と、（２）乗算手段１０からのフィードフォワード
ト■作量信号中の目標面変化による成分とが重畳するこ
とにより、等価的に制御系のゲインが２倍と大きくなっ
てしまう。その結果、 （ａ）外乱抑制特性が最適となるように速度形ＰＩＤ調
節手段３のＰＩＤパラメータを調整すると、目標値追随
特性がオーバーシュートする（ｂ）目標値追随特性が最
適となるように速度形ＰＩＤ：ＪｙＪ節手段３のＰｒＤ
パラメータを調整すると、外乱抑制特性が甘くなり非常
に劣化する（Ｃ）従って、実際の場合にはＰＩＤパラメ
ータの調整が困難であり、また外乱抑制特性と］」標値
追随特性との双方を同時に最適にすることができない という、非常に致命的な問題がある。特に、今後のブラ
ント運転はフレキシブル化、最適化に移行しつつあり、
これに対応するためにはどうしても、外乱抑制特性と目
標値追随特性とを同時に最適にすることが必要不可欠で
ある。
（発明が解決しようとする課題）
以上のように、従来の混合プロセス用のプロセス制御装
置では、外乱抑制特性と目標値追随特性との双方の特性
を同時に最適化することがてきないという問題があった
。
置では、外乱抑制特性と目標値追随特性との双方の特性
を同時に最適化することがてきないという問題があった
。
本発明の目的は、外乱抑制特性と目標値追随特性との双
方の特性を同時に最適化することができ、目標値変化に
対する制御性の向上を図ることが可能なプロセス制御装
置を提供することにある。
方の特性を同時に最適化することができ、目標値変化に
対する制御性の向上を図ることが可能なプロセス制御装
置を提供することにある。
［発明の構成コ
（課題を解決するための手段）
上記の目的を達成するために本発明では、制御対象から
得られた制御量のフィードバック信号と制御対象の目標
値信号との偏差に基づき調節演算を行なって調節演算信
号を得、フィードバック操作量信号として出力するフィ
ードバック制御手段と、目標値信号に所定の目標値フィ
ードフォワード・ゲインを乗じ、これに外乱補償信号を
加算してフィードフォワード操作量信号を出力するフィ
ードフォワード制御手段と、フィードバック制御手段か
らのフィードバック操作量信号にフィードフォワード制
御手段からのフィードフォワード操作量信号を加算して
操作量信号を得る加算手段と、制御対象の目標値信号の
変化に伴うフィードフォワード操作量信号中の目標値変
化による成分を、フィードバック制御手段側で等価的に
相殺する手段とを備えて構成している。
得られた制御量のフィードバック信号と制御対象の目標
値信号との偏差に基づき調節演算を行なって調節演算信
号を得、フィードバック操作量信号として出力するフィ
ードバック制御手段と、目標値信号に所定の目標値フィ
ードフォワード・ゲインを乗じ、これに外乱補償信号を
加算してフィードフォワード操作量信号を出力するフィ
ードフォワード制御手段と、フィードバック制御手段か
らのフィードバック操作量信号にフィードフォワード制
御手段からのフィードフォワード操作量信号を加算して
操作量信号を得る加算手段と、制御対象の目標値信号の
変化に伴うフィードフォワード操作量信号中の目標値変
化による成分を、フィードバック制御手段側で等価的に
相殺する手段とを備えて構成している。
（作用）
従って、本発明では以上のような手段を備えたので、制
御対象の目標値の変化時には、フィードフォワード操作
量信号中の目標値変化による成分が、フィードバック制
御手段側で等価的にｔ１殺されることにより、外乱変化
に対してはフィードバック制御手段とフィードフォワー
ド制御手段の双方で、また目標値変化に対してはフィー
ドバック制御手段のみでそれぞれ制御が行なわれる。こ
れにより、外乱抑制特性と目標値追随特性とを同時に最
適にすることができ、目標値変化に対する制御性の向上
を図ることが可能となる。
御対象の目標値の変化時には、フィードフォワード操作
量信号中の目標値変化による成分が、フィードバック制
御手段側で等価的にｔ１殺されることにより、外乱変化
に対してはフィードバック制御手段とフィードフォワー
ド制御手段の双方で、また目標値変化に対してはフィー
ドバック制御手段のみでそれぞれ制御が行なわれる。こ
れにより、外乱抑制特性と目標値追随特性とを同時に最
適にすることができ、目標値変化に対する制御性の向上
を図ることが可能となる。
（実施例）
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は、本発明による混合プロセス用のプロセス制御
装置の構成例を示す機能ブロック図であり、第３図と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここで
は異なる部分についてのみ述べる。すなわち、第１図は
第３図に加えて、フィードバック制御系側に位置形／速
度形信号変換手段１８を備えると共に、速度形ＰＩＤ調
節手段３と乗算手段４との間に加算手段１９を備えた構
成としている。ここで、位置形／速度形信号変換手段１
８は、制御対象の目標値信号である熱交換器１の出口温
度目標値信号ｔｓの変化分を抽出し、速度影信号Δｔｓ
ｎに変換して出力するものである。
装置の構成例を示す機能ブロック図であり、第３図と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここで
は異なる部分についてのみ述べる。すなわち、第１図は
第３図に加えて、フィードバック制御系側に位置形／速
度形信号変換手段１８を備えると共に、速度形ＰＩＤ調
節手段３と乗算手段４との間に加算手段１９を備えた構
成としている。ここで、位置形／速度形信号変換手段１
８は、制御対象の目標値信号である熱交換器１の出口温
度目標値信号ｔｓの変化分を抽出し、速度影信号Δｔｓ
ｎに変換して出力するものである。
また、加算手段１つは、位置形／速度形信号変換手段１
８からの速度影信号Δｔｓｎを、速度形ＰＩＤ調節手段
３の速度形調節演算信号ΔＣｎから減じるものである。
８からの速度影信号Δｔｓｎを、速度形ＰＩＤ調節手段
３の速度形調節演算信号ΔＣｎから減じるものである。
以上のように構成したプロセス制御装置において、
（１）目標温度Ｔｓに比例した熱交換器１の出口温度目
標値信号ｔｓが一定の場合には、位置形／速度形信号変
換手段１８からの速度影信号Δｔｓｎ−０となり、前述
した第３図の場合と全く同様に制御が行なわれる。
標値信号ｔｓが一定の場合には、位置形／速度形信号変
換手段１８からの速度影信号Δｔｓｎ−０となり、前述
した第３図の場合と全く同様に制御が行なわれる。
（２）目標温度がＴｓから（Ｔｓ＋ΔＴ）に変化し、こ
れに伴って熱交換器１の出口温度目標値信号がｔｓから
（ｔｓ十Δｔ）に変化した場合には、その変化分を加算
手段５で見ると、フィードフォワード制御側の操作量信
号の変化 ゛分−ＫＸ ｆ ｘΔｔ フィードバック制御側の操作量信号の変化分−−ＫＸｆ
ＸΔｔ となり、加算手段５で加算合成すると零となる。
れに伴って熱交換器１の出口温度目標値信号がｔｓから
（ｔｓ十Δｔ）に変化した場合には、その変化分を加算
手段５で見ると、フィードフォワード制御側の操作量信
号の変化 ゛分−ＫＸ ｆ ｘΔｔ フィードバック制御側の操作量信号の変化分−−ＫＸｆ
ＸΔｔ となり、加算手段５で加算合成すると零となる。
すなわち、目標温度Ｔｓを変化させた時には、フィード
フォワード操作量信号中の目標値Ｔｓ変化による成分が
フィードバック制御系側で等価的に相殺されてしまい、
目標値Ｔｓ変化に対する追随制御はフィードバック制御
系側のみで行なわれるようになる。よって、速度形ＰＩ
Ｄ調節手段３として２自由度ＰＩＤ調節方式を採用して
おくことにより、外乱抑制特性と目標値追随特性との最
適化を同時に実現することができると共に、外乱変化時
のフィードフォワード制御機能は従来通り発揮できるた
め、外乱の影響も最小限に抑制することができる。
フォワード操作量信号中の目標値Ｔｓ変化による成分が
フィードバック制御系側で等価的に相殺されてしまい、
目標値Ｔｓ変化に対する追随制御はフィードバック制御
系側のみで行なわれるようになる。よって、速度形ＰＩ
Ｄ調節手段３として２自由度ＰＩＤ調節方式を採用して
おくことにより、外乱抑制特性と目標値追随特性との最
適化を同時に実現することができると共に、外乱変化時
のフィードフォワード制御機能は従来通り発揮できるた
め、外乱の影響も最小限に抑制することができる。
以下、かかる点について第２図を用いてより詳細に説明
する。なお、デジタル演算はサンプリング的に行なイっ
れるため、第２図では各信号にサフィックス（＋、２．
・・・、ｎ−１，ｎ、ｎ １・・・）を付して時刻を示
している。ここで、ｎは現時点、ｎ−１は１回前の時点
、ｎｌは次回の時点をそれぞれ示す。
する。なお、デジタル演算はサンプリング的に行なイっ
れるため、第２図では各信号にサフィックス（＋、２．
・・・、ｎ−１，ｎ、ｎ １・・・）を付して時刻を示
している。ここで、ｎは現時点、ｎ−１は１回前の時点
、ｎｌは次回の時点をそれぞれ示す。
いま、目標温度Ｔｓが変化した時の操作量信号の変化分
ΔＭＶを求めると、 ΔＭＶｎ−ＫｘｆｎＸΔＣｎ −ＫＸ ｆｎ ＸΔｔｓ
ｎ十ΔＤｎ −ＫＸ ｆｎ ＸΔＣｎ −ＫＸ ｆｎＸ
（ｔｓｎ −ｔｓｎ−１） 十ＫＸ ｆｎ ｘ （ｔ
ｓｎ−ｔ Ｉｎ） −Ｋｘ ｆ ｎ−Ｉ
Ｘ（ｔｓｎ−Ｌ −ｔ １ｎ−１）−ＫＸ（ｆｎＸ
Δ Ｃｎ−ｆｎ Ｘ （ｔｓｎ−ｔ ５ｎ
−１） ＋ ｆ ｎ Ｘ （ｔ ｓｎ −ｔ Ｉｎ）−
ｆ ｎ−Ｉ Ｘ （ｔ ５ｎ−１−ｔ Ｉｎ−１） １
＝ＫＸｆｆｎＸΔＣｎ 十ｆｎ Ｘ （ｔｓｎ−１−ｔ
Ｉｎ） −ｆ ｎ−Ｉ Ｘ （ｔ
５ｎ−１−ｔ Ｉｎ−１） １・・・（１２） となる。ここで、ΔＣｎがフィードバック制御出力成分
（フィードバック操作量）、ΔＤｎがフィードフォワー
ド制御出力成分（フィードフォワード操作量）、Δｔｓ
ｎが目標値信号変化分を表わしている。
ΔＭＶを求めると、 ΔＭＶｎ−ＫｘｆｎＸΔＣｎ −ＫＸ ｆｎ ＸΔｔｓ
ｎ十ΔＤｎ −ＫＸ ｆｎ ＸΔＣｎ −ＫＸ ｆｎＸ
（ｔｓｎ −ｔｓｎ−１） 十ＫＸ ｆｎ ｘ （ｔ
ｓｎ−ｔ Ｉｎ） −Ｋｘ ｆ ｎ−Ｉ
Ｘ（ｔｓｎ−Ｌ −ｔ １ｎ−１）−ＫＸ（ｆｎＸ
Δ Ｃｎ−ｆｎ Ｘ （ｔｓｎ−ｔ ５ｎ
−１） ＋ ｆ ｎ Ｘ （ｔ ｓｎ −ｔ Ｉｎ）−
ｆ ｎ−Ｉ Ｘ （ｔ ５ｎ−１−ｔ Ｉｎ−１） １
＝ＫＸｆｆｎＸΔＣｎ 十ｆｎ Ｘ （ｔｓｎ−１−ｔ
Ｉｎ） −ｆ ｎ−Ｉ Ｘ （ｔ
５ｎ−１−ｔ Ｉｎ−１） １・・・（１２） となる。ここで、ΔＣｎがフィードバック制御出力成分
（フィードバック操作量）、ΔＤｎがフィードフォワー
ド制御出力成分（フィードフォワード操作量）、Δｔｓ
ｎが目標値信号変化分を表わしている。
（１） ｆ ｎ −ｆ ｎ−１、ｔ ｉｒ＋”ｑ ｔ
Ｉｎ−１の時（外乱の無い時） ΔＭＶｎ −ＫＸ ｉｆｎ ＸΔＣｎｌ −Ｃ１３）
すなわち、この時はフィードバック制御のみとなる。
Ｉｎ−１の時（外乱の無い時） ΔＭＶｎ −ＫＸ ｉｆｎ ＸΔＣｎｌ −Ｃ１３）
すなわち、この時はフィードバック制御のみとなる。
（２） ｆｎ−ｆｎ−１、ｔｉｎｗｔｌｎ−１の時（流
量変化無し、入口温度変化有りの時） ΔＭＶｎ −ＫＸ （ｆｎ ＸΔＣｎ ＋ ｆ ｎ−Ｉ Ｘ （ｔ ５ｎ−１−ｔ ｉｎ） １
・・・（１４） すなわち、この時はフィードバック制御＋フィードフォ
ワード制御（人口温度変化による）となる。
量変化無し、入口温度変化有りの時） ΔＭＶｎ −ＫＸ （ｆｎ ＸΔＣｎ ＋ ｆ ｎ−Ｉ Ｘ （ｔ ５ｎ−１−ｔ ｉｎ） １
・・・（１４） すなわち、この時はフィードバック制御＋フィードフォ
ワード制御（人口温度変化による）となる。
（３） ｆｎ ”ｔｆｎ−１、ｔｉｎ−ｔｉｎ−１の
時（流量変化有り、入口温度変化無しの時） Δ ＭＶｎ −Ｋｘ （ｆｎ ｘ Δ Ｃｎ
十 （ｆｎ−ｆｎ−１）（ｔ ５ｎ−１−ｔ １
ｎ−１） ｌ −（１５）すなわち、この時はフィ
ードバック制御子フィードフォワード制御（流量および
入口温度変化による）となる。
時（流量変化有り、入口温度変化無しの時） Δ ＭＶｎ −Ｋｘ （ｆｎ ｘ Δ Ｃｎ
十 （ｆｎ−ｆｎ−１）（ｔ ５ｎ−１−ｔ １
ｎ−１） ｌ −（１５）すなわち、この時はフィ
ードバック制御子フィードフォワード制御（流量および
入口温度変化による）となる。
（４） ｆｎ ＋ｆｎ−１、ｔｉｎ４ｔｉｎ−１の時
（全て変化する時） Δ ＭＶｎ ＝ＫＸ ｆｆｎ Ｘ Δ Ｃ
ｎ ＋ ｆ ｎ （ｔ ５ｎ−１−ｔ
ｉｎ） −ｆ ｎ−］ （ｔ ５ｎ−１−
ｔ １ｎ−１） １・・・（１６） すなわち、この時はフィードバック制御子フィードフォ
ワード制御で、目標温度変化によるフィードフォワード
制御分は前回値（ｔ ５ｎ−１）で計算しており、今回
分つまり目標温度変化分はフィードバック制御のみによ
り制御するようになっている。
（全て変化する時） Δ ＭＶｎ ＝ＫＸ ｆｆｎ Ｘ Δ Ｃ
ｎ ＋ ｆ ｎ （ｔ ５ｎ−１−ｔ
ｉｎ） −ｆ ｎ−］ （ｔ ５ｎ−１−
ｔ １ｎ−１） １・・・（１６） すなわち、この時はフィードバック制御子フィードフォ
ワード制御で、目標温度変化によるフィードフォワード
制御分は前回値（ｔ ５ｎ−１）で計算しており、今回
分つまり目標温度変化分はフィードバック制御のみによ
り制御するようになっている。
上述したように本実施例によれば、制御対象の目標値（
熱交換器１の出口温度目標値ｔｓ）信号の変化分を抽出
′して速度影信号Δｔｎに変換した信号を、フィードバ
ック制御系を構成する速度形ＰＩＤ調節手段３の速度形
調節演算信号ΔＣｎから減じることによって、制御対象
の目標値の変化時には、フィードフォワード操作量信号
中の目（票値変化による成分をフィードバック制御系側
て等価的に相殺するようにしたので、制御対象の目標値
の変化時に目標値変化の影響が、フィードフォワード操
作量信号成分とフィードバック操作量信号成分の双方に
現われることを完全に防止して、フィードフォワード制
御とフィードバック制御の組合わせに２つの自由度を持
たせることにより、外乱抑制特性と目標値追随特性との
双方の特性の最適化を同時に実現することができ、目標
値信号の変化に対する熱交換器出口温度の制御性の向上
を図ることが可能となる。これにより、プラントのフレ
キシブル化や最適化に十分対処することが可能となり、
プラント運転の高度化に最適な混合プロセス用のプロセ
ス制御装置を得ることができる。
熱交換器１の出口温度目標値ｔｓ）信号の変化分を抽出
′して速度影信号Δｔｎに変換した信号を、フィードバ
ック制御系を構成する速度形ＰＩＤ調節手段３の速度形
調節演算信号ΔＣｎから減じることによって、制御対象
の目標値の変化時には、フィードフォワード操作量信号
中の目（票値変化による成分をフィードバック制御系側
て等価的に相殺するようにしたので、制御対象の目標値
の変化時に目標値変化の影響が、フィードフォワード操
作量信号成分とフィードバック操作量信号成分の双方に
現われることを完全に防止して、フィードフォワード制
御とフィードバック制御の組合わせに２つの自由度を持
たせることにより、外乱抑制特性と目標値追随特性との
双方の特性の最適化を同時に実現することができ、目標
値信号の変化に対する熱交換器出口温度の制御性の向上
を図ることが可能となる。これにより、プラントのフレ
キシブル化や最適化に十分対処することが可能となり、
プラント運転の高度化に最適な混合プロセス用のプロセ
ス制御装置を得ることができる。
尚、上記実施例では、混合プロセスの制御として熱交換
器出口温度制御に本発明を適用した場合について述べた
が、これに限らず例えば流体加熱炉制御、連続焼鈍炉板
温制御、高炉送風温度・送風湿度、排煙脱硫設備のＳＯ
ｘ制御、カロリー制御、その他各種混合プロセスの制御
全般について、同様に本発明を適用することができるも
のである。
器出口温度制御に本発明を適用した場合について述べた
が、これに限らず例えば流体加熱炉制御、連続焼鈍炉板
温制御、高炉送風温度・送風湿度、排煙脱硫設備のＳＯ
ｘ制御、カロリー制御、その他各種混合プロセスの制御
全般について、同様に本発明を適用することができるも
のである。
以上説明したように本発明によれば、フィード・・ツク
制御手段とフィードフォワード制御手段とを組合わせた
混合プロセス用のプロセス制御装置において、制御対象
の目（票値信号の変化に伴うフィードフォワード操作量
信号中のｌ」標値変化による成分を、フィー ドパツク
制御手段側で等両面に相殺するようにし、だので、外乱
抑制特性と目標値追随特性との双方の特性を同時に最適
化することができ、目標値変化に対する制御性の向上を
図ることが可能なプロセス制御装置が提供てきる。
制御手段とフィードフォワード制御手段とを組合わせた
混合プロセス用のプロセス制御装置において、制御対象
の目（票値信号の変化に伴うフィードフォワード操作量
信号中のｌ」標値変化による成分を、フィー ドパツク
制御手段側で等両面に相殺するようにし、だので、外乱
抑制特性と目標値追随特性との双方の特性を同時に最適
化することができ、目標値変化に対する制御性の向上を
図ることが可能なプロセス制御装置が提供てきる。
第１図は本発明によるプロセス制御装置の一実施例を示
す機能ブロック図、第２図は同実施例における作用をよ
り具体的に説明するための図、第３図は従来のプロセス
制御装置の一例を示す機能ブロック図、第４図は熱交換
器出口温度制御のプロセス値の諸元を示す図である。 １・・・熱交換器、２・・・温度検出手段、３・・・速
度形ＰＩＤ調節手段、４・・・乗算手段、５・・・加算
手段、６・・・速度形／位置形信号変換手段、７・・・
流量検出手段、８・・・開平演算手段、９・・・係数手
段、コ○・・・乗算手段、１１・・・温度検出手段、１
２・・・減算手段、１３・・・位置形／速度形信号変換
手段、１４・・・蒸気流量コントローラ、１５・・・流
量検出手段、１６・・・開平演算手段、１７・・・蒸気
流量調節弁、１８・・・位置形／速度形信号変換手段、
１９・・・加算手段。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
す機能ブロック図、第２図は同実施例における作用をよ
り具体的に説明するための図、第３図は従来のプロセス
制御装置の一例を示す機能ブロック図、第４図は熱交換
器出口温度制御のプロセス値の諸元を示す図である。 １・・・熱交換器、２・・・温度検出手段、３・・・速
度形ＰＩＤ調節手段、４・・・乗算手段、５・・・加算
手段、６・・・速度形／位置形信号変換手段、７・・・
流量検出手段、８・・・開平演算手段、９・・・係数手
段、コ○・・・乗算手段、１１・・・温度検出手段、１
２・・・減算手段、１３・・・位置形／速度形信号変換
手段、１４・・・蒸気流量コントローラ、１５・・・流
量検出手段、１６・・・開平演算手段、１７・・・蒸気
流量調節弁、１８・・・位置形／速度形信号変換手段、
１９・・・加算手段。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
Claims (2)
- （１）制御対象から得られた制御量のフィードバック信
号と前記制御対象の目標値信号との偏差に基づき調節演
算を行なって調節演算信号を得、フィードバック操作量
信号として出力するフィードバック制御手段と、 前記目標値信号に所定の目標値フィードフォワード・ゲ
インを乗じ、これに外乱補償信号を加算してフィードフ
ォワード操作量信号を出力するフィードフォワード制御
手段と、 前記フィードバック制御手段からのフィードバック操作
量信号に前記フィードフォワード制御手段からのフィー
ドフォワード操作量信号を加算して操作量信号を得る加
算手段と、前記制御対象の目標値信号の変化に伴うフィ
ードフォワード操作量信号中の目標値変化による成分を
、前記フィードバック制御手段側で等価的に相殺する手
段と、 を備えて成ることを特徴とするプロセス制御装置。 - （２）制御対象から得られた制御量のフィードバック信
号と前記制御対象の目標値信号との偏差に基づいて速度
形調節演算を行ない、速度形調節演算信号を出力する速
度形調節演算手段と、前記制御対象の目標値信号の変化
分を抽出し、これを速度形信号に変換して出力する位置
形／速度形信号変換手段と、 前記速度形調節演算手段の速度形調節演算信号から前記
位置形／速度形信号変換手段の速度形信号を減じる加算
手段と、 前記加算手段からの速度形信号を位置形信号に変換し操
作量信号を得る速度形／位置形信号変換手段と、 を備えて成ることを特徴とするプロセス制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63066524A JP2825230B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | プロセス制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63066524A JP2825230B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | プロセス制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01239602A true JPH01239602A (ja) | 1989-09-25 |
| JP2825230B2 JP2825230B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=13318348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63066524A Expired - Lifetime JP2825230B2 (ja) | 1988-03-18 | 1988-03-18 | プロセス制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2825230B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06182269A (ja) * | 1992-12-16 | 1994-07-05 | Asahi Sanac Kk | 塗料流量制御装置 |
| JPH08500688A (ja) * | 1992-09-02 | 1996-01-23 | ジヨンソン・サービス・カンパニー | フィードバックによるモデル・ベース熱バランス |
| JPH10143256A (ja) * | 1996-11-12 | 1998-05-29 | Toshiba Corp | 混合型プロセス制御装置 |
| JP2019081611A (ja) * | 2007-09-06 | 2019-05-30 | デカ・プロダクツ・リミテッド・パートナーシップ | 製品ディスペンサシステム |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57204906A (en) * | 1981-06-12 | 1982-12-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Simple forecasting controller |
| JPS59163604A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
-
1988
- 1988-03-18 JP JP63066524A patent/JP2825230B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57204906A (en) * | 1981-06-12 | 1982-12-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Simple forecasting controller |
| JPS59163604A (ja) * | 1983-03-09 | 1984-09-14 | Toshiba Corp | プロセス制御装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08500688A (ja) * | 1992-09-02 | 1996-01-23 | ジヨンソン・サービス・カンパニー | フィードバックによるモデル・ベース熱バランス |
| JPH06182269A (ja) * | 1992-12-16 | 1994-07-05 | Asahi Sanac Kk | 塗料流量制御装置 |
| JPH10143256A (ja) * | 1996-11-12 | 1998-05-29 | Toshiba Corp | 混合型プロセス制御装置 |
| JP2019081611A (ja) * | 2007-09-06 | 2019-05-30 | デカ・プロダクツ・リミテッド・パートナーシップ | 製品ディスペンサシステム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2825230B2 (ja) | 1998-11-18 |
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Legal Events
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